BIOFYSIK: HISTORIE, HVAD DEN STUDERER, ANVENDELSER, KONCEPTER, METODER - BIOLOGI - 2025

De biofysik er studiet af fysiske love, der opererer i levende organismer. Det er en tværfaglig videnskab, der anvender fysikens tilgange og metoder til at studere biologiske fænomener.

Også kendt som fysisk biologi, en del af ideen om, at alle fænomener, der observeres i naturen, har en forudsigelig videnskabelig forklaring, og at alle levende systemer består af processer, der er baseret på fysiske love.

Dobbelt helix af DNA-kæde. Et af de vigtigste fund i biofysik. Kilde: Joseluissc3

Diskussionen, hvor biofysik betragtes som en gren af ​​fysik, biologi eller begge dele, er almindelig. I dette tilfælde er det vigtigt at bemærke, at tendensen er at betragte det som en gren af ​​biologien.

Dette skyldes, at udveksling af viden normalt genereres fra fysik til biologi, som er beriget af fysiske fremskridt og begreber. Men det samme bidrag kan ikke bekræftes på en omvendt måde, det vil sige fra ren fysik, at det ikke kan siges, at biofysik tilbyder ny viden.

Biofysik leverer eksperimentelle bevis for fysik og tillader det således at bekræfte teorier, men udvekslingen mellem fysik og biologi er helt klart ensrettet.

Biofysikere er uddannet i de kvantitative videnskaber inden for fysik, matematik og kemi til at studere alt, hvad der vedrører biologiske systemers funktion, struktur, dynamik og interaktion. Disse systemer inkluderer komplekse molekyler, celler, organismer og økosystemer.

Historie

Oprindelsen af ​​biofysik går tilbage til det syttende århundrede, hvor naturvidenskaberne endnu ikke var blevet opdelt som separate discipliner og på det tidspunkt, hvor den første undersøgelse af bioluminescens blev fundet.

Den første undersøgelse, der blev fundet, var den, der blev udført af den tyske jesuitter, Athanasius Kircher (1602-1680), der udgav sit arbejde Ars Magna Lucis et Umbrae og dedikerede to kapitler til dyreluminescens.

Forbindelsen mellem elektricitet og biologi var genstand for spekulationer ikke kun i det syttende århundrede, men i de næste to århundreder. Under hans tilgang blev menneskets fascination for dyre- og naturelektricitet, såsom ildfluer eller naturlige lynudladninger tydelige.

I denne forskningslinje, i Italien og i midten af ​​1700-tallet, blev Giovanni Beccarias eksperimenter på elektrisk stimulering af muskler opdaget, hvilket genererede viden på dette område.

I 1786 startede Luigi Galvani en kontrovers omkring det elektriske potentiale hos dyr. Hans modstander var ingen ringere end Alessandro Volta, der ved at udvikle det elektriske batteri noget begrænsede den videnskabelige interesse for det elektriske potentiale i levende væsener.

XIX århundrede

Et af de vigtigste bidrag i det 19. århundrede var det fra Du Bois-Reymond professor i fysiologi i Berlin, der byggede galvanometre og udførte undersøgelser af muskulær strøm og nerves elektriske potentiale. Dette studieobjekt blev et af biofysikens oprindelsespunkter.

En anden af ​​dem var de kræfter, der var ansvarlige for den passive strøm af stof i levende organismer, specifikt diffusionsgradienterne og det osmotiske tryk. På tværs af disse linjer skiller bidrag fra Abbé JA Nollet og Adolf Fick sig ud.

Sidstnævnte var den, der offentliggjorde den første biofysiske tekst Die medizinische Physik eller Medical Physics på spansk. I Ficks arbejde blev der ikke udført nogen eksperimenter, men snarere blev der fremkaldt en analogi med lovgivningen om varmestrømning, hvilket gjorde det muligt at tilslutte de love, der regulerer diffusion. Senere laboratorieeksperimenter viste, at analogien var nøjagtig.

Tyvende århundrede

Det tyvende århundrede blev karakteriseret ved at begynde med en vis mestring af tyske videnskabsmænd, der koncentrerede sig om at studere effekten af ​​stråling.

En vigtig milepæl i denne periode var udgivelsen af ​​bogen ¿Qué es la vida?, af Erwin Schrödinger i 1944. I dette blev eksistensen af ​​et molekyle i levende væsener, der indeholdt genetisk information i kovalente bindinger, foreslået.

Denne bog og denne idé inspirerede andre forskere og førte dem til at opdage den dobbelte spiralstruktur af DNA i 1953. Det var James Watson, Rosalind Franklin og Francis Crick, der gjorde opdagelsen.

I anden halvdel af det 20. århundrede er der en åbenlys modenhed af biofysik. I disse dage blev universitetsprogrammer allerede præsenteret, og det var populært i andre lande uden for Tyskland. Derudover erhvervede undersøgelsen mere og mere rytme.

Hvad studerer (genstand for undersøgelse)

Biomekanik er en af ​​grene af biofysik. Kilde: Mutuauniversal

Studiet af biofysik strækker sig til alle skalaer i biologisk organisation, fra molekylær til organiske og andre mere komplekse systemer. Afhængigt af opmærksomhedsfokus kan biofysik opdeles i følgende grene:

- Biomekanik: studerer de mekaniske strukturer, der findes i levende væsener, og som tillader deres bevægelse.

- Bioelektricitet: undersøger de elektromagnetiske og elektrokemiske processer, der forekommer i organismer, eller som skaber effekter på dem.

- Bioenergetik: studiens formål er transformationen af ​​energi, der forekommer i biosystemer.

- Bioakustik: det er videnskaben, der undersøger produktionen af ​​lydbølger, deres transmission på nogle måder og indfangning af andre dyr eller levende systemer.

- Biophotonics: fokuserer på interaktioner mellem levende ting og fotoner.

- Radiobiologi: undersøger de biologiske virkninger af stråling (ioniserende og ikke-ioniserende) og dens anvendelser i marken og laboratoriet.

- Proteindynamik: studere molekylære bevægelser af proteiner og overveje deres struktur, funktion og foldning.

- Molekylær kommunikation: fokuserer på at studere generering, transmission og modtagelse af information mellem molekyler.

Applikationer

De emner, der er undersøgt af biofysik, kan overlappe hinanden med biokemi, molekylærbiologi, fysiologi, nanoteknologi, bioingeniør, systembiologi, beregningsbiologi eller kemi-fysik, blandt andre. Vi vil dog forsøge at afgrænse biophysics vigtigste anvendelser.

Med opdagelsen af ​​DNA og dens struktur har biofysik bidraget til oprettelsen af ​​vacciner, udviklingen af ​​billeddannelsesteknikker, der gør det muligt at diagnosticere sygdomme og generere nye farmakologiske metoder til behandling af visse patologier.

Med forståelsen af ​​biomekanik har denne gren af ​​biologien gjort det muligt at designe bedre proteser og bedre nanomaterialer, som medikamenter kan leveres med.

I dag er biofysik begyndt at fokusere på spørgsmål relateret til klimaændringer og andre miljøfaktorer. F.eks. Arbejdes der med udvikling af biobrændstoffer gennem levende mikroorganismer til erstatning for benzin.

Mikrobielle samfund undersøges også, og forurenende stoffer i atmosfæren spores med den opnåede viden.

Hovedkoncepter

- Systemer: det er et ordnet aggregat af elementer inkluderet mellem reelle eller imaginære grænser, som hænger sammen og interagerer med hinanden.

- Proteiner: store molekyler findes i alle levende celler. De er sammensat af en eller flere lange kæder af aminosyrer, der opfører sig som maskiner, der udfører en lang række funktioner, såsom strukturel (cytoskelet), mekanisk (muskel), biokemisk (enzymer) og celle signalering (hormoner).

- Biomembraner: væskesystem, der har mange biologiske funktioner, som de skal tilpasse deres sammensætning og mangfoldighed. De er en del af cellerne i alle levende væsener, og det er det sted, hvor utallige små molekyler opbevares og fungerer som et anker for proteiner.

- Ledning: det er strømmen af ​​varme gennem faste medier på grund af den indre vibration af molekyler, såvel som frie elektroner og kollisioner imellem dem.

- Konvektion: refererer til strømmen af ​​energi gennem strømninger af en væske (væske eller gas), det er en bevægelse af volumener væske eller gas.

- Stråling: varmeoverførsel gennem elektromagnetiske bølger.

- Deoxyribonucleic acid (DNA): kemisk navn på molekylet, der indeholder den genetiske information i alle levende væsener. Deres hovedfunktion er at gemme langtidsinformation til at bygge med andre komponenter i celler, de har også instruktioner, der bruges til udvikling og drift af alle levende organismer.

- Nervøs impuls: det er en elektrokemisk impuls, der kommer fra centralnervesystemet eller i sansorganerne i nærværelse af en stimulus. Denne elektriske bølge, der løber gennem hele neuronet, transmitteres altid på en ensrettet måde, ind i cellernes dendriter og forlader gennem aksonet.

- Muskelsammentrækning: fysiologisk proces, hvor muskler strammes, hvilket får dem til at forkorte, forblive eller strække sig på grund af glidningen af ​​de strukturer, der udgør den. Denne cyklus er knyttet til muskelfiberens struktur og transmission af elektrisk potentiale gennem nerverne.

Metoder

Biofysiker AV Hill mener, at mental holdning ville være biofysikerens vigtigste redskab. Med dette som fundament argumenterer han for, at biofysikere er de individer, der kan udtrykke et problem i fysiske termer, og som ikke er differentieret af de særlige teknikker, der anvendes, men af ​​den måde, de formulerer og angriber problemer.

Hertil kommer muligheden for at bruge kompleks fysisk teori og andre fysiske værktøjer til at studere naturlige genstande. Derudover er de ikke afhængige af kommercielt byggede instrumenter, da de normalt har erfaringen med at samle specielt udstyr til at løse biologiske problemer.

Automatisering af kemiske analyser og andre diagnostiske processer ved hjælp af computere er aspekter, der skal overvejes i de nuværende biofysiske metoder.

Derudover udvikler og anvender biofysikere computermodelleringsmetoder, hvormed de kan manipulere og observere former og strukturer af komplekse molekyler samt vira og proteiner.

Referencer

1. Solomon, A. (2018, 30. marts). Biofysik. Encyclopædia Britannica. Gendannes på britannica.com
2. Biofysik. (2019, 18. september). Wikipedia, The Encyclopedia. Gendannet fra wikipedia.org
3. Wikipedia-bidragydere. (2019, 23. september). Biofysik. På Wikipedia, The Free Encyclopedia. Gendannet fra wikipedia.org
4. Hvad er biofysik? Kend studiens grene og dens historie. (2018, 30. november). Gendannes fra branchdelabiologia.net
5. Byofysisk samfund. (2019) Hvad er biofysik. Gendannes fra biophysics.org
6. Nahle, Nasif. (2007) Didaktisk artikel: Biofysik. Organisation for biologisk kabinet. Gendannes fra biocab.org